El 12 de mayo de 2016, Dembélé firmó un contrato de cinco años con el club alemán [[Borussia Dortmund]], que no se haría efectivo hasta el 1 de julio. El precio del traspaso se estipuló en unos 15 millones de euros.<ref>{{Cita web|url=https://www.mundodeportivo.com/futbol/20160512/401750345059/el-dortmund-cierra-el-fichaje-de-ousmane-dembele.html|título=El Dortmund cierra el fichaje de Ousmane Dembelé|fechaacceso=24 de febrero de 2019|fecha=12 de mayo de 2016|sitioweb=Mundo Deportivo}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://www.elmundo.es/deportes/futbol/2017/08/26/59a1a4f7e2704e3b678b45f1.html|título=Dembélé deja un total de 40 millones en las arcas del Rennes francés|fechaacceso=24 de febrero de 2019|fecha=26 de agosto de 2017|sitioweb=ELMUNDO|idioma=es}}</ref>
El 14 de agosto hizo su debut como titularlesionado en la derrota por 2-0 ante el [[Bayern Munich]] en la [[Supercopa de Alemania 2016|Supercopa de Alemania]].<ref>{{Cita web|url=https://www.eurosport.es/futbol/borussia-dortmund-bayern-munich-ancelotti-conquista-la-supercopa-titulo-que-no-gano-pep-0-2_sto5723033/story.shtml|título=Borussia Dortmund-Bayern Múnich: Ancelotti conquista la Supercopa, título que no ganó Pep (0-2)|fechaacceso=24 de febrero de 2019|fecha=14 de agosto de 2016|sitioweb=Eurosport Espana}}</ref>Su primer gol lo marcaría el 20 de septiembre en la goleada a domicilio por 1 a 5 sobre el [[Wolfsburg]] en [[Bundesliga (Alemania)|Bundesliga]].<ref>{{Cita web|url=https://www.marca.com/eventos/marcador/futbol/2016_17/bundesliga/jornada_4/wol_bor/|título=Wolfsburgo-B. Dortmund en vivo y en directo|fechaacceso=24 de febrero de 2019|fecha=19 de septiembre de 2016|sitioweb=MARCA.com}}</ref>El 22 de noviembre marcaría su primer tanto en [[Liga de Campeones de la UEFA 2016-17|Liga de Campeones]], además de dar tres asistencias, en el histórico triunfo de su club por 8 a 4 ante el [[Legia de Varsovia]].<ref>{{Cita noticia|título=Borussia Dortmund y Legia baten con un 8-4 el récord de goles en un partido de Champions|url=https://elpais.com/deportes/2016/11/22/actualidad/1479836220_603656.html|periódico=El País|fecha=23 de noviembre de 2016|fechaacceso=21 de febrero de 2019|issn=1134-6582|idioma=es|nombre=Juan L.|apellidos=Cudeiro}}</ref>El 26 de abril anotó el gol de la victoria y asistió en otro en la remontada ante el [[Bayern de Múnich|Bayern de Münich]] (2-3) en las semifinales de la Copa de Alemania.<ref>{{Cita web|url=https://www.marca.com/futbol/bundesliga/2017/04/26/59010769468aeba6108b46df.html|título=Copa de Alemania: Dembélé sorprende al Bayern y lo deja sin final|fechaacceso=24 de febrero de 2019|apellido=Prada|nombre=Jon|fecha=26 de abril de 2017|sitioweb=Marca.com|idioma=es}}</ref>El 27 de mayo convirtió el primer gol del partido de la final de la [[Copa de Alemania 2016-17|Copa de Alemania]] tras una excelente acción individual.<ref>{{Cita web|url=https://www.marca.com/claro-mx/futbol-internacional/bundesliga/2017/05/27/5929db3d268e3e5c158b4685.html|título=Bundesliga: Las genialidades de Dembélé y Aubameyang dan la Copa al Dortmund|fechaacceso=21 de febrero de 2019|apellido=Acedo|nombre=Diego|fecha=27 de mayo de 2017|sitioweb=MARCA Claro México|idioma=es-MX}}</ref>En su primera campaña en el fútbol alemán repartió 21 asistencias y logró diez tantos, siendo uno de los futbolistas más destacados del equipo dirigido por [[Thomas Tuchel]].<ref>{{Cita web|url=https://www.bundesliga.com/es/bundesliga/noticias/dembele-abandona-borussia-dortmund-por-barcelona-nuevo-neymar-mejores-jugadas-suarez-messi.jsp|título=Ousmane Dembélé llega al FC Barcelona|fechaacceso=25 de febrero de 2019|sitioweb=bundesliga.com/es - el sitio web oficial de la Bundesliga|idioma=es}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://www.90min.com/es/posts/6227253-los-50-mejores-jugadores-jovenes-menores-de-23-anos|título=Los 50 mejores jugadores jóvenes menores de 23 años}}</ref>
